6.1.Теоретическая часть

В начале этого раздела должна быть поставлена задача, которую Вам необходимо решить. Представлен алгоритм решаемой задачи. В расчётах должен быть исключён формализм и шаблон, механические действия без понимания сути. Обязательно должен присутствовать сравнительный анализ, выбранных технических средств, должно быть представлено описание применяемых алгоритмов.

В данном разделе должны быть представлены обоснования, расчёты, анализ ОУ:

1. Выбор системы регулирования с указанием особенностей программной реализации системы автоматического регулирования (САР).

2. Анализ ОУ должен основываться на ТАУ: сколько аналоговых и дискретных сигналов на входе и выходе, запаздывания и погрешность по каналам, наличие взаимосвязи параметров, параметры резервного оборудования, алгоритмы управления, вероятные нарушения, аварии и алгоритм выхода из них. Характеристики параметров должны быть сведены в таблицу параметров.

3. Выбор контроллера должен производиться согласно алгоритму Т.е. выбор контроллера должен быть обоснован технически, а не рекламно.

4. Обоснование выбора блоков проверки на достоверность входной информации.

5. Реализация блока сигнализации повышенной надёжности.

6. Выбор и описание структуры аналогового регулятора. Реализация безударных переключений. Реализация системы автоматического контроля и регулирования повышенной надёжности.

7. Организация связи с ПЭВМ (АРМ).

8. Обеспечение информационной безопасности (защите от несанкционированного доступа) и др.

9. Синтез дискретных автоматов с использованием алгебры логики, имитационного моделирования, логико-вероятностного анализа и других разделов математики, применяемых при разработке автоматических систем дискретного управления.

10. Выбор преобразователей, обоснование выбора блоков питания, линий связи (различных видов кабелей, включая оптоволоконные и др.), контроллеров, модулей искрозащиты, грозозащиты и др.

11. Желательно привести решение задач оптимального управления (если таковая имеется), расчёт различных регуляторов разными методами. Например, расчёт комбинированных регуляторов с переменной структурой и автоподстройкой или оценка настроек регулятора модальным методом, или с применением интегрального критерия качества, или релейных законов регулирования и др. При этом необходимо учитывать при моделировании и расчётах точность задания коэффициентов, связанных с ограничениями для конкретного контроллера. Например, для контроллера Р-130 коэффициент пропорциональности имеет минимальный шаг установки, равный 0.016. Одним из важных моментов проектирования является выбор контроллера.

Ниже приводится алгоритм выбора контроллера.

1. Первый шаг. Если задачи простые, суммарное количество параметров не превышает 20, объект не взрывопожароопасный, допускаются кратковременные (5-15 мин.) отключения системы автоматического контроля и регулирования, невысокие требования по надёжности (среднее время наработки на отказ составляет: 3000-5000 час.), на индикацию требуется выдавать только дискретную информацию, то целесообразно ли вообще применять контроллер.

2. Если объект примерно такой же, что и в п.1., но требуется выдавать информацию на дисплей, проводить анализ нарушений, хранить информацию и т. д., то, возможно, и данном случае обойтись без контроллера. В данном случае выбирают встраиваемые модули ввода/вывода, которые устанавливают непосредственно в ПЭВМ. Имея драйвера и их описание на каждый такой модуль, можно разработать программу по сбору, преобразованию, выполнению логико-арифметических операций, отображению и хранению информации. Или подобрать открытую систему верхнего уровня и включить в работу, указанные драйвера и программы.

3. Если объект автоматизации имеет распределённую структуру, или требуются производить достаточно сложные вычислительные и логические операции или требуется реализовать сложные алгоритмы управления, в ограниченное время анализировать большой объём информации, которая должна поступать в АРМы, где принимаются решения в режиме реального времени, то возникает необходимость применения контроллеров. Перечисленные функции не обязательно должны соединяться союзом «И». Например, объект может находиться в одном месте, но требуется реализация сложного алгоритма контроля и регулирования. В данном случае целесообразно применить контроллер. Технические программные возможности контроллера должны быть согласованы с техническими характеристиками полевого оборудования: датчиков, преобразователей, исполнительных механизмов, а также с техническими и программными возможностями верхнего уровня.

4. Сравнить требуемую точность ввода и преобразования аналоговой информации и фактическую, которую может обеспечить предварительно выбранный контроллер. Если аналого-цифровой преобразователь (АЦП, аналогично по ЦАП цифроаналоговому преобразователю) не обеспечивает данной точности, то данный контроллер (или плата ) не подходит. Следует различать разрешающую способность АЦП и фактическую погрешность АЦП. Например, разрешающая способность 12-ти разрядного АЦП составляет 0,025%, а максимальная относительная погрешность АЦП после калибровки составляет — 0,3 % [см. технические характеристики Р-130].

5. Проверка по параметрам надёжности. Сюда включаются условия эксплуатации. Если, например, рабочий диапазон температур контрол-лера меньше реального, то переходят к следующему контроллеру. Или решается вопрос обеспечения необходимых условий эксплуатации. Здесь же следует рассмотреть вопрос питания контроллера и резервирования питания. Должны быть предложены различные схемы питания контроллера: через АВР, ИБП. На входе источника бесперебойного питания должно контролироваться напряжение. Например, с помощью реле контроля напряжения и дискретный сигнал с данного реле должен быть заведён или в контроллер или на ПЭВМ верхнего уровня (автоматизированное рабочее место - АРМ). Для особо ответственных объектов или систем рассматривается вопрос резервирования самих контроллеров. Проверяется устойчивость к вибрациям, акустическим шумам, пыли, влаги и электромагнитным помехам. Целесообразно привести расчёт на надёжность различных вариантов системы автоматического контроля и регулирования.

6. Если проектируется распределённая система, то проверяется, предусмотрено ли сетевая работа контроллеров. Проводится анализ: как осуществляется передача информации в локальной сети и на автоматизированное рабочее место. Кратко описывается структура сети, требования к её работе. Указывается, как правильно подключиться к сети. Следует привести алгоритм и программу выбора кабелей (питания, монтажных, интерфейсных).

7. По перечню параметров производится компоновка контроллеров. Из каких соображений должны распределяться (подключаться) параметры к контроллерам. Исходить следует из принципа максимальной автономности работы контроллера. Принцип максимальной автономности (или минимум интерфейсных связей). Реализация данного принципа позволяет повысить надёжность АСУТП. В данном случае отказ одного контроллера не будет влиять (или это влияние должно быть несущественным) на выполнение основных функций другими контроллерами. На основании этого принципа следует вводить в один контроллер технологически связанные параметры. Обосновываются, какие параметры считают связанными (именно для конкретного процесса). Обоснование производят на основании протекания процесса (по технологии) и, при наличии экспериментальных данных, по результатам расчёта корреляционных функций. По количеству требуемых входов/выходов выбирают модули УСО. После чего выбирают контроллеры и их количество. После выбора УСО и количества контроллеров, выбирают (с расчётом по нагрузке, т.е. по потребляемому току) тип и количество блоков питания.

8. После выбора контроллера по перечню параметров, следует проверить контроллер на достаточность памяти. Это один из сложных вопросов. Следует знать, сколько какая функция (операция) требует памяти (и какой). По разработанным алгоритмам, производят расчёты и сравнивают требуемую память с фактической памятью контроллера.

9. После этого оценивают требуемое быстродействие и фактическое.

10. Резервирование. Определяют, какие контроллеры или отдельные блоки должны быть резервными.

11. Выбирают уровень защиты корпуса контроллера. В какой класс помещений допускается его устанавливать. Насколько агрессивна окружающая среда (для меньшего окисления контактов иногда требуют, чтобы они были позолоченными или после монтажа и наладки системы заполняют разъёмы эпоксидной смолой).

12. Если по финансовым соображениям верхний уровень на первом этапе работ не предусматривается, то у контроллера обязательно должна быть лицевая панель для выдачи информации. Наличие информативной лицевой панели значительно облегчает работу с контроллерами при эксплуатации.

13. Необходимо убедиться в наличии специальной программы (кросс-средств) для программирования контроллера с ПЭВМ и имитации работы программы на ПЭВМ. Это позволит в несколько раз сократить сроки разработки и исключить многочисленные ошибки. Особенно, если программа состоит из сотен блоков (операций). Желательно убедится в том, что имеется возможность записывать отлаженные программы в виде новых алгоблоков в ПЗУ контроллера (или на флэш-диск).

14. Следует оценить возможность наращивания функций.

15. Следует учитывать техническую политику на предприятии.

16. Анализ организационно юридической базы. Внесён ли данный контроллер в Государственный Реестр средств измерений (если он будет использоваться и как информационно-измерительный комплекс), сертифицирован или нет, имеется ли методика метрологической аттестации измерительных каналов, каковы гарантийные обязательства поставщика, сервисное обслуживание (техническое обслуживание) и его стоимость, организация обучения (качество, стоимость), порядок устранения выявленных ошибок, сбоев, отказов. Открытость системы, наличие полного комплекта документации Следует оценить стоимость обучения, сопровождения технических и программных средств.

17. Оценить затраты на эксплуатацию. Если контроллер не отечественный, то следует учитывать стоимость растомаживания и её сроки. Стоимость обучения и сопровождения. Стоимость комплектующих программных и технических средств.

Перечисленный порядок выбора не обязательно должен включать все шаги. Например, объект может находиться в одном месте, но требуется реализация сложного алгоритма контроля и регулирования. То в этом случае целесообразно применить контроллер. Технические программные возможности контроллера должны быть согласованы с техническими характеристиками полевого оборудования: датчика, преобразователя, исполнительного механизма, а также с техническими и программными возможностями верхнего уровня.

Весь этот раздел должен быть органически связан с ТЗ, постановкой задачи проекта. На сложные алгоритмы расчёта, контроля и управления должны быть приведены блок-схемы.